Advanced methods and models in uncertainty for the order promising process in supply chain characterized by the lack of homogeneity in product

Abstract

The Lack of Homogeneity in the Product (LHP) appears in productive processes with raw materials, which directly stem from nature and/or production processes with operations that confer heterogeneity to the characteristics of the outputs obtained, even when the inputs used are homogeneous. LHP appears in different sectors such as ceramic tile, horticulture, marble, snacks, among others. LHP becomes a managerial problem when customers require to be served with homogeneous product. Supply chains responsible to provide homogeneous product face the need to include classification activities in their productive processes to obtain sub-lots of homogeneous product. Due to the inherent LHP uncertainty, these homogeneous sub-lots will not be known until the product have been produced and classified. An improper management of the LHP can have a very negative impact on the customers' satisfaction due to inconsistencies in the answer to their requirements and also on the Supply Chain's efficiency.

The Order Promising Process (OPP) appears as a key element for properly managing the LHP in order to ensure the matching of uncertain homogeneous supply with customer order proposals. The OPP refers to the set of business activities that are triggered to provide a response to the orders from customers. These activities are related to the acceptance/rejection decision, and to set delivery dates. For supply chains affected by the LHP, the OPP must consider the homogeneity as another requirement in the answer to the orders. Besides, due to the LHP inherent uncertainty, discrepancies between the real and planned homogeneous quantities might provoke that previously committed orders cannot be served. The Shortage Planning (SP) process intends to find alternatives in order to minimise the negative impact on customers and the supply chain.

Considering LHP in the OPP brings a set of new challenging features to be addressed. The conventional approach of assuming homogeneity in the product for the master production schedule (MPS) and the quantities Available-To-Promise (ATP) derived from it is no longer adequate. Instead, both the MPS and ATP should be handled in terms of homogeneous sub-lots. Since the exact quantity of homogeneous product from the planned lots in the MPS is not exactly known until the classification activities have been performed, the ATP also inherits this uncertainty, bringing a new level of complexity. Non-homogeneous product cannot be accumulated in order to fulfil future incoming orders. Even more, if the product handled is perishable, the homogeneity management becomes considerably more complex. This is because the state of the product is dynamic with time and related variables to it, like quality, price, etc., could change with time. This situation could bring unexpected wasting costs apart from the shortages already mentioned. The perishability factor is itself another source of uncertainty associated to the LHP.

This dissertation proposes a conceptual framework and different mathematical programming models and tools, in both deterministic and uncertainty environments, in order to support the OPP and SP under LHP's effect. The aim is to provide a reliable commitment with customer orders looking for a high service level not just in the due date and quantity but also in the homogeneity requirements. The modelling of the characteristics inherent to LHP under deterministic context constitutes itself one of the main contribution of this dissertation. Another novelty consists in the inclusion of uncertainty in the definition of homogeneous sub-lots, their quantities and their dynamic state and value. The uncertainty modelling approach proposed is mainly based on the application of fuzzy set theory and possibility theory.

The proposed mathematical models and tools have been validated in real cases of SC, specifically in the ceramic tile sector for non perishables, and in the fruit sector for perishables. The results show a ...

La Falta de Homogeneidad en el Producto (LHP, por sus siglas del inglés ``Lack of Homogeneity in the Product'') aparece en procesos productivos con materias primas que derivan directamente de la naturaleza y/o procesos de producción con operaciones que confieren heterogeneidad a las características de los productos obtenidos, incluso cuando los insumos utilizados son homogéneos. La LHP aparece en diferentes sectores como la cerámica, horticultura, mármol, snacks, entre otros. Se convierte en un problema gerencial cuando los clientes requieren homogeneidad en el producto y las cadenas de suministro enfrentan la necesidad de incluir actividades de clasificación en sus procesos productivos para obtener sub-lotes de producto homogéneo. Debido a la incertidumbre inherente a la LHP, los sub-lotes homogéneos y su cantidad no serán conocidos hasta que el producto haya sido producido y clasificado. Una gestión inadecuada de la LHP puede tener un impacto muy negativo en la satisfacción de los clientes debido a inconsistencias en la respuesta a sus requerimientos y también en la eficacia de la Cadena de Suministro.

El Proceso de Comprometer de Pedido (OPP, por sus siglas del inglés ``Order Promising Process'') aparece como un elemento clave para gestionar adecuadamente la LHP, con el fin de asegurar la coincidencia entre el suministro incierto de producto homogéneo y las propuestas de pedido del cliente. El OPP se refiere al conjunto de actividades empresariales realizadas para proporcionar una respuesta a las órdenes de los clientes. Estas actividades están relacionadas con las decisiones de aceptación/rechazo, y establecimiento de fechas de entrega para las órdenes del cliente. En las cadenas de suministro afectadas por la LHP, el OPP debe considerar la homogeneidad como otro requisito adicional en la respuesta a los pedidos. Además, debido a la incertidumbre intrínseca de la LHP, las discrepancias entre las cantidades homogéneas reales y planificadas podrían provocar que las órdenes comprometidas anteriormente no puedan ser completadas debido a la escasez de producto. El proceso de planificación de la escasez (SP, por sus siglas del inglés "Shortage Planning") se encarga de encontrar alternativas para minimizar este impacto negativo en los clientes y la cadena de suministro.

Considerar la LHP dentro del OPP implica un conjunto nuevo de características desafiantes que deben ser abordadas. El enfoque convencional de asumir la homogeneidad en el producto para el programa maestro de producción (MPS, por sus siglas del inglés "Master Production Schedule") y las cantidades disponibles a comprometer (ATP, por sus siglas del inglés "Available-To-Promise") derivadas de él, no es adecuado. En cambio, tanto el MPS como el ATP deben manejarse en términos de sub-lotes homogéneos. Dado que la cantidad exacta de producto homogéneo de los lotes previstos en el MPS no se sabe exactamente hasta que se han realizado las actividades de clasificación, el ATP también hereda esta incertidumbre, trayendo un nuevo nivel de complejidad. El producto no homogéneo no se puede acumular para satisfacer futuras órdenes entrantes. Más aún, si el producto manipulado es perecedero, el manejo de la homogeneidad se vuelve mucho más complejo. Esto se debe a que el estado del producto es dinámico en el tiempo, y variables relacionadas como calidad, precio, etc., podrían también cambiar con el tiempo. Esta situación puede provocar costos inesperados de desperdicio aparte de la escasez ya mencionada. El factor de perecedero es en sí mismo otra fuente de incertidumbre asociada a la LHP.

Esta disertación propone un marco conceptual y diferentes modelos y herramientas de programación matemática, tanto en entornos deterministas como de incertidumbre, para apoyar al OPP y SP considerando el efecto de LHP. El objetivo es proporcionar un compromiso fiable con los pedidos de los clientes en busca de un alto nivel de servicio no s

La Falta d'Homogeneïtat en el Producte (LHP, per les seues sigles de l'anglés ''Lack of Homogeneity in the Product'') apareix en processos productius amb matèries primes que deriven directament de la natura i/o processos de producció amb operacions que conferixen heterogeneïtat a les característiques dels productes obtinguts, fins i tot quan les entrades utilitzades són homogènies . La LHP apareix en diferents sectors com la ceràmica, horticultura, marbre, snacks, entre altres. Es convertix en un problema gerencial quan els clients requereixen homogeneïtat en el producte i les cadenes de subministrament enfronten la necessitat d'incloure activitats de classificació en els seus processos productius per a obtindre sublots de producte homogeni. A causa de la incertesa inherent a la LHP, els sublots homogenis i la seua quantitat no seran coneguts fins que el producte haja sigut produït i classificat. Una gestió inadequada de la LHP pot tindre un impacte molt negatiu en la satisfacció dels clients degut a inconsistències en la resposta als seus requeriments i també en l'eficàcia de la Cadena de Subministrament.

El Procés de Comprometre Comandes (OPP, per les seues sigles de l'anglés ''Order Promising Process'') apareix com un element clau per a gestionar adequadament la LHP, a fi d'assegurar la coincidència entre el subministrament incert de producte homogeni i les propostes de comanda del client. L'OPP es refereix al conjunt d'activitats empresarials realitzades per a proporcionar una resposta a les ordres dels clients. Aquestes activitats estan relacionades amb les decisions d'acceptació/rebuig, i establiment de dates de lliurament per a les ordres del client. En les cadenes de subministrament afectades per la LHP, l'OPP ha de considerar l'homogeneïtat com un altre requisit addicional en la resposta a les comandes. A més, a causa de la incertesa intrínseca de la LHP, les discrepàncies entre les quantitats homogènies reals i planificades podrien provocar que les ordres compromeses anteriorment no puguen ser completades a causa de l'escassetat de producte. El procés de planificació de l'escassetat (SP, per les seues sigles de l'anglés "Shortage Planning") s'encarrega de trobar alternatives per a minimitzar aquest impacte negatiu en els clients i en la cadena de subministrament.

Considerar la LHP dins de l'OPP implica un conjunt nou de característiques desafiants que han de ser abordades. L'enfocament convencional d'assumir l'homogeneïtat en el producte per al programa mestre de producció (MPS, per les seues sigles de l'anglés "Master Production Schedule") i les quantitats disponibles a comprometre (ATP, per les seues sigles de l'anglés "Available-To-Promise") derivades d'ell, no és adequat. En canvi, tant el MPS com l'ATP han de manejar-se en termes de sublots homogenis. Atés que la quantitat exacta de producte homogeni dels lots previstos en el MPS no se sap exactament fins que s'han realitzat les activitats de classificació, l'ATP també hereta aquesta incertesa, portant un nou nivell de complexitat. El producte no homogeni no es pot acumular per a satisfer futures ordees entrants. Més encara, si el producte manipulat és perible, el maneig de l'homogeneïtat es torna molt més complex. Açò es deu al fet que l'estat del producte és dinàmic en el temps, i variables relacionades com qualitat, preu, etc., podrien també canviar amb el temps. Aquesta situació pot provocar costos inesperats de rebuig a banda de l'escassetat ja esmentada. El factor de perible és en si mateix un altra font d'incertesa associada a la LHP.

Aquesta dissertació proposa un marc conceptual i diferents models i eines de programació matemàtica, tant en entorns deterministes com d'incertesa, per a recolzar a l'OPP i SP considerant l'efecte de LHP. L'objectiu és proporcionar un compromís fiable amb les comandes dels clients a la recerca d'un alt nivell de servei no sols en la data i la quantitat esperades, s